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1、第二章平面连杆机构第1页，共56页，编辑于2022年，星期二平面连杆机构n用低副连接组成的平面机构。n特点：低副面接触耐磨损；n制造简便；n应用广泛；n缺点：n设计较复杂；n不易精确实现复杂的运动规律。第2页，共56页，编辑于2022年，星期二本章研究的内容n平面四连杆机构n由四个构件组成n应用最广n基本类型n几何特点n运动特性、其它特性n常用设计方法第3页，共56页，编辑于2022年，星期二2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性n铰链四杆机构全部由回转副组成的平面四杆机构n组成：n机架固定构件4n连架杆与机架相连的构件1、3n连杆机架对面的构件2第4页，共56页，编辑于2022年，星期二一、铰
2、链四杆机构n整转副组成转动副的两构件能作整周相对转动n曲柄与机架组成整转副的连架杆n摇杆与机架组成摆动副的连架杆n按连架杆是曲柄或摇杆分类：n曲柄摇杆机构n双曲柄机构n双摇杆机构第5页，共56页，编辑于2022年，星期二1.曲柄摇杆机构n连架杆：n一个为曲柄一般为原动件一般作匀速转动n一个为摇杆一般为从动件一般作变速摆动第6页，共56页，编辑于2022年，星期二曲柄摇杆机构实例第7页，共56页，编辑于2022年，星期二2.双曲柄机构n两个连架杆均为曲柄。n若主动曲柄等速回转，则从动曲柄变速回转。第8页，共56页，编辑于2022年，星期二双曲柄机构实例n平行四边形机构应用最多，但其死点为止存在不
3、确定状态。第9页，共56页，编辑于2022年，星期二3.双摇杆机构n两个连架杆均为摇杆n如：飞机起落架第10页，共56页，编辑于2022年，星期二双摇杆机构实例n等腰梯形机构两个摇杆长度相等的双摇杆机构n如：车辆的转向机构第11页，共56页，编辑于2022年，星期二二、含一个移动副的四杆机构n铰链四杆机构的演化为其它机构：n移动副代换回转副n改变杆长n改变机架n扩大运动副第12页，共56页，编辑于2022年，星期二1.曲柄滑块机构n对心曲柄滑块机构n偏置曲柄滑块机构 当曲柄等速转动时，滑块可实现急回运动。第13页，共56页，编辑于2022年，星期二2.导杆机构曲柄滑块机构转动导杆机构曲柄摆动导
4、杆机构第14页，共56页，编辑于2022年，星期二导杆机构n传动角始终等于90。n有良好的传力性能。n例：牛头刨床，插床等。第15页，共56页，编辑于2022年，星期二3.摇块机构和定块机构曲柄滑块机构摇块机构定块机构第16页，共56页，编辑于2022年，星期二摇块机构和定块机构的应用 定块机构摇块机构第17页，共56页，编辑于2022年，星期二三、含两个移动副的四杆机构（双滑块机构）n两移动副不相邻（如：正切机构）。n两移动副相邻，且一个与机架相邻（如：正弦机构）。第18页，共56页，编辑于2022年，星期二双滑块机构n两移动副相邻，且都不与机架相联。n如：滑块联轴器。第19页，共56页，编
5、辑于2022年，星期二双滑块机构n两移动副相邻，且都与机架相联。n如：椭圆仪。第20页，共56页，编辑于2022年，星期二四、具有偏心轮的四杆机构n提高曲柄强度、刚度；n简化结构。n应用：剪床、冲床、颚式破碎机等。第21页，共56页，编辑于2022年，星期二偏心轮机构第22页，共56页，编辑于2022年，星期二五、四杆机构的扩展n手动冲床 晒料机n六杆机构，两次增力。第23页，共56页，编辑于2022年，星期二2-2 平面四杆机构的基本特性n运动特性n传力特性第24页，共56页，编辑于2022年，星期二一、铰链四杆机构有整转副的条件n整转副两构件能相对转动360o的转动副n整转副是否存在取决于
6、：n各杆的相对长度n机架的选择第25页，共56页，编辑于2022年，星期二分析曲柄摇杆机构的几何关系nl1、l2、l3、l4分别为各杆长，l1为曲柄。n当曲柄处于AB时，因三角形两边之和第三边，ACD有：第26页，共56页，编辑于2022年，星期二分析曲柄摇杆机构的几何关系n当曲柄处于AB时，因三角形两边之和第三边，ACD有：n由(1，2，3)式得:第27页，共56页，编辑于2022年，星期二铰链四杆机构有整转副的条件:n铰链四杆机构有整转副的条件 最短杆+最长杆其余两杆之和；n整转副是由最短杆与其相邻杆组成；第28页，共56页，编辑于2022年，星期二曲柄存在的条件n曲柄存在的必要条件有整转
7、副；n曲柄是否真正存在，要看哪个构件为机架：n最短杆为机架 双曲柄机构；n以最短杆相邻杆为机架 曲柄摇杆机构；n最短杆对面的杆为机架 双摇杆机构；n最短杆+最长杆其余两杆之和：n无整转副存在n以任何杆为机架双摇杆机构；第29页，共56页，编辑于2022年，星期二二、急回特性n曲柄AB转动一周，有两次极限位置：n曲柄与连杆共线 B1AC1，AB2C2 其所夹锐角 极位夹角n摇杆处于极限位置 C1D，C2D 其夹角 摆角第30页，共56页，编辑于2022年，星期二急回特性n假定曲柄匀速转动，则摇杆往复摆动快慢不同急回特性n用行程速度变化系数（行程速比系数）K表示第31页，共56页，编辑于2022年
8、，星期二行程速比系数K极位夹角越大，K值越大，急回运动性质越显著。设计时：一般先定K，再算第32页，共56页，编辑于2022年，星期二具有急回特性的四杆机构n曲柄摇杆机构n偏置曲柄滑块机构n摆动导杆机构第33页，共56页，编辑于2022年，星期二三、压力角和传动角n压力角 作用在从动件上的驱动力与该力作用点速度VC之间所夹锐角n判断机构传动性能的标志n传动角=90-n越小，越大，Pt越大，传力性能 越好。第34页，共56页，编辑于2022年，星期二传动角n机构运转时，是不断变化的n当AB与AD重合时，角最小n为保证机构正常工作，要限制最小min值的下限，n一般min 40n大功率机械min 5
9、0第35页，共56页，编辑于2022年，星期二四、死点位置n摇杆为主动件，且处于极限位置时，从动件出现卡死或运动的不定状态。n解决的办法：n在从动件上加外力n利用惯性冲过死点位置n设计两个相同机构连动第36页，共56页，编辑于2022年，星期二死点位置应用n在夹紧装置中，用于防松第37页，共56页，编辑于2022年，星期二2-3 平面四杆机构的设计n根据：n给定运动条件；n几何条件；n运动条件。n选择机构类型；n确定尺寸参数；n绘制机构运动简图。第38页，共56页，编辑于2022年，星期二设计问题的类型n实现给定从动件的运动规律n实现给定的运动轨迹第39页，共56页，编辑于2022年，星期二设
10、计方法n解析法解析法n建立数学模型，通过计算得到机构参数；n设计精确，应用逐渐广泛。n作图法作图法n直观、简单，能满足一般工程上的精度要求；n在实际中应用较多。n实验法实验法 简便易行，试凑结果。第40页，共56页，编辑于2022年，星期二一、按给定的行程速比变化系数K设计四杆机构n有急回要求的机构，按K设计。n有急回特性的机构：n曲柄摇杆机构；n偏心式曲柄滑块机构；n摆动导杆机构。第41页，共56页，编辑于2022年，星期二1、曲柄摇杆机构n已知条件：n摇杆长度l3；n摇杆摆角 ；n行程速比系数K。n求：n各杆长度；n铰链的位置。n解题思路。第42页，共56页，编辑于2022年，星期二解题步
11、骤：1.由K求极位夹角2.任定固定铰链中心D的位置，由l3、定C1D1、C2D2 极限位置；3.过C1C2作一圆，使C1C2圆弧角=；4.在圆上任选一点A，为固定铰链中心位置；5.极限位置有:AC1=l2-l1,AC2=l2+l1；即：l1=（AC2-AC1）/2，l2=AC1+l1，l4=AD。第43页，共56页，编辑于2022年，星期二DC1C2第44页，共56页，编辑于2022年，星期二曲柄摇杆机构nA点有无穷解；n可选min 40或其它条件定A点。第45页，共56页，编辑于2022年，星期二2、摆动导杆机构n已知：K，机架长度n设计：导杆机构n分析：n设计步骤：1.求2.任选C点，作C
12、m、Cn，夹角 ；3.作 角平分线，取AC=l4，得铰链A的位置；4.过A点作 Cm垂线，交B1点，A B1为曲柄长度。第46页，共56页，编辑于2022年，星期二二、按给定连杆位置设计四杆机构n已知：n连杆长度l3=BC；n两个位置B1C1、B2C2；n设计铰链四杆机构；n设计步骤：1.画出已知连杆位置B1C1、B2C2；2.连接B1B2、C1C2，作其垂直平分线b12、c12；3.A点在b12上任选，D点在c12上任选，或按其它条件定。第47页，共56页，编辑于2022年，星期二已知连杆三个位置n已知：n连杆长度l3=BC；n三个位置B1C1、B2C2、B3C3；n设计铰链四杆机构；n设计
13、步骤：1.画出已知连杆位置B1C1、B2C2、B3C3；2.连接B1B2、B2B3，C1C2、C2C3；3.作B1B2、B2B3垂直平分线b12、b23，交于A点；4.作C1C2、C2C3垂直平分线c12、c23，交于D点。第48页，共56页，编辑于2022年，星期二三、按给定两连架杆对应位置设计四杆机构n已知：连架杆AB、CD三个位置，对应角度为11、22、33；n求：各杆长l1、l2、l3、l4；n用解析法解；n解：取l1=1 四杆机构在x和y轴上投影，可得：第49页，共56页，编辑于2022年，星期二解析法设计四杆机构n将前两式中的 削去，整理后得：n为简化上式，令n则有第50页，共56
14、页，编辑于2022年，星期二解析法设计四杆机构n将11、22、33分别代入前式，可得方程组：n由方程组可解出P0、P1、P2、代入前式n可求出l2、l3、l4；第51页，共56页，编辑于2022年，星期二按给定两连架杆的位置设计n已知连架杆三个位置有唯一解；n已知连架杆两个位置有无穷解；n给定连架杆超过三个位置无精确解；可用实验法等方法近似求解。第52页，共56页，编辑于2022年，星期二四、按照给定点的运动轨迹设计四杆机构n连杆曲线连杆上每一点都描出一条封闭曲线；n连杆曲线形状的多样性，使其可能用于设计完成复杂轨迹。第53页，共56页，编辑于2022年，星期二2、运用连杆曲线图谱设计n图谱法利用事先编好的连杆曲线图谱，从中找出需要的曲线，直接查处该四杆机构的各尺寸参数。第54页，共56页，编辑于2022年，星期二根据机构运动形式转化，选择连杆机构 从动主动回转摆动往复移动回转双曲柄机构回转导杆机构曲柄摇杆机构摆动导杆机构曲柄滑块机构摆动曲柄摇杆机构双摇杆机构摇杆滑块机构定块机构往复移动曲柄滑块机构滑块机构摇块机构双滑块机构第55页，共56页，编辑于2022年，星期二具有死点位置的机构n曲柄摇杆机构n曲柄滑块机构n曲柄摆动导杆机构第56页，共56页，编辑于2022年，星期二